JPH04171875A - Piezoelectric body element - Google Patents
Piezoelectric body elementInfo
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Landscapes
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、たとえば圧電振動子や圧電ブザー等に使用す
る圧電体素子に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a piezoelectric element used in, for example, a piezoelectric vibrator or a piezoelectric buzzer.
従来の圧電体素子、たとえば圧電セラミックスは、超音
波振動子を除いては、動力用には用いられていなかった
。また、超音波振動子として用いる場合でも、圧電セラ
ミックスの機能は動力を出力する金属製振動子を励振す
るだけであった。ところが、たとえば電歪公転子型の超
音波モータにおいては、圧電セラミックス自体が振動子
を構成し、その外周側面から直接的に機械的トルクを出
力するので、圧電セラミックスとしては、より高い特性
をもつものが要求される。Conventional piezoelectric elements, such as piezoelectric ceramics, have not been used for power purposes except for ultrasonic vibrators. Furthermore, even when used as an ultrasonic vibrator, the function of piezoelectric ceramics is only to excite a metal vibrator that outputs power. However, in an electrostrictive rotor-type ultrasonic motor, for example, the piezoelectric ceramic itself constitutes the vibrator, and mechanical torque is output directly from its outer peripheral surface, so piezoelectric ceramics have higher characteristics. things are required.
ところで、電歪公転子型の超音波モータの振動子等に用
いられている従来の圧電セラミックスは、電極が分割し
て形成され、その圧電セラミックスの電極間の隙間は約
２０００μｍ程度である。このように電極間の隙間を約
２０００μｍ程度としたのは、圧電セラミックスの分極
処理を行うときに電極間が短絡されるのを防止するため
である。By the way, conventional piezoelectric ceramics used for vibrators of electrostrictive rotor-type ultrasonic motors, etc. have divided electrodes, and the gap between the piezoelectric ceramic electrodes is about 2000 μm. The reason why the gap between the electrodes is set to about 2000 μm is to prevent a short circuit between the electrodes when polarizing the piezoelectric ceramics.
実際に電極間の隙間をどれくらいにすれば最も高い特性
を有する圧電セラミックスが得られるのかについての研
究は、従来は何ら行われていなかった。Until now, no research has been conducted on how much gap between electrodes should be used to obtain piezoelectric ceramics with the highest properties.
本発明は上記事情に基づいてなされたものであり、電極
間の隙間を最適値とすることにより、高い特性を有する
圧電体素子を提供することを目的とするものである。The present invention has been made based on the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a piezoelectric element having high characteristics by optimizing the gap between electrodes.
上記の目的を達成するための本発明に係る圧電体素子は
、圧電体薄板と、該圧電体薄板の表面に形成された励振
用の電極とからなり、前記電極を複数個に分割した圧電
体素子において、前記分割した電極間の隙間が１００．
ｃＩｍ〜１０００μｍとなるように形成したことを特徴
とするものである。A piezoelectric element according to the present invention for achieving the above object comprises a piezoelectric thin plate and an excitation electrode formed on the surface of the piezoelectric thin plate, and a piezoelectric element in which the electrode is divided into a plurality of pieces. In the element, the gap between the divided electrodes is 100.
It is characterized in that it is formed to have a thickness of cIm to 1000 μm.
本発明者等は、電極間の隙間は圧電体薄板が振動する際
に、その振動を抑制するように作用し、しかも隙間が大
きい程その抑制作用が大きいことを見出した０本発明に
係る圧電体素子は前記の構成によって、電極間の隙間を
１００μｍ〜１０００μｍとなるように形成したことに
よって、従来のものよりも圧電体薄板における振動を抑
制する領域を小さくして、特性の向上を図る。The present inventors have discovered that the gap between the electrodes acts to suppress the vibration when the piezoelectric thin plate vibrates, and the larger the gap, the greater the suppressing effect. With the above-described structure, the body element is formed with a gap between electrodes of 100 μm to 1000 μm, thereby making the region where vibrations are suppressed in the piezoelectric thin plate smaller than in the conventional device, thereby improving the characteristics.
〔実施例〕
以下に本発明の一実施例を第１図乃至第３図を参照して
説明する。第１図は本発明の一実施例である圧電セラミ
ックスの概略平面図、第２図はその圧電セラミックスの
概略側面図である。[Embodiment] An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. 1 is a schematic plan view of a piezoelectric ceramic according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic side view of the piezoelectric ceramic.
本実施例の圧電セラミックス（圧電体素子）は、Ｐ ｂ
（Ｚ ｒ Ｔ ｉ ） Ｏｓからなるセラミックス円
環板（圧電体薄板）２と、その上下の表面に形成された
励振用の電極４とからなる。本実施例の圧電セラミック
スは、外径Ａ＝４０ｍｍ、内径Ｂ＝１５ｍｍ、厚さＣ＝
２ｍｍの円環型に形成され、さらに、電極４を２等分割
している。電極４は、セラミックス円環板２の表面に銀
の微粉末をガラス粉末などで堅く焼き付けることによっ
て形成したものである。The piezoelectric ceramic (piezoelectric element) of this example is P b
It consists of a ceramic annular plate (piezoelectric thin plate) 2 made of (Z r T i )Os, and excitation electrodes 4 formed on the upper and lower surfaces thereof. The piezoelectric ceramic of this example has an outer diameter A=40 mm, an inner diameter B=15 mm, and a thickness C=
The electrode 4 is formed into a 2 mm ring shape, and is further divided into two equal parts. The electrode 4 is formed by hardening fine silver powder onto the surface of the ceramic annular plate 2 using glass powder or the like.
ところで、従来はこのように構成された圧電セラミック
スの分極処理を行う際には、電極間が短絡されるのを防
止するため、圧電セラミックスの電極間の隙間６は最も
狭い場合でも２０００μｍとしていた。これに対して本
実施例では、発明者等は次のような方法により電極間の
隙間の狭い圧電セラミックスを形成した。まず、円環型
のセラミックスを絶縁性のマスキングテープで２等分割
する。その後、スクリーン印刷でセラミックスの表面に
印刷を行い、電極焼き付は作業を施す、最後に、それぞ
れの分割領域において分極方向が逆方向になるように分
極処理を行い、マスキングテープを剥がし、圧電セラミ
ックスを形成した。By the way, conventionally, when polarizing a piezoelectric ceramic having such a structure, the gap 6 between the electrodes of the piezoelectric ceramic was set at 2000 μm at its narrowest in order to prevent the electrodes from being short-circuited. In contrast, in this example, the inventors formed piezoelectric ceramics with a narrow gap between electrodes by the following method. First, an annular ceramic is divided into two equal parts using insulating masking tape. After that, printing is performed on the surface of the ceramic by screen printing, and electrode baking is performed.Finally, polarization treatment is performed so that the polarization direction is opposite in each divided area, the masking tape is peeled off, and the piezoelectric ceramic is was formed.
第３図は本実施例のセラミックスの分極処理を説明する
図である。第３図に示すように上面電極４１と下面電極
４Ｊ、上面電極４．と下面電極４、はそれぞれ直流ｔｓ
の正、負電源側に接続さね直流電源を印加することによ
り分極を行う、ところで、本実施例では分極処理の際に
は、絶縁性のマスキングテープが電極間の隙間６に設け
られているので、電極間の隙間６を従来のものよりも小
さくしても、分極時に電極間が短絡されることはない、
尚、第３図における矢印は分極の方向を示す。FIG. 3 is a diagram illustrating the polarization treatment of ceramics in this example. As shown in FIG. 3, the upper surface electrode 41, the lower surface electrode 4J, the upper surface electrode 4. and the lower surface electrode 4, respectively, are DC ts
Polarization is performed by applying a parallel DC power supply connected to the positive and negative power supply sides of the electrode.By the way, in this embodiment, during the polarization process, an insulating masking tape is provided in the gap 6 between the electrodes. Therefore, even if the gap 6 between the electrodes is made smaller than the conventional one, the electrodes will not be short-circuited during polarization.
Note that the arrows in FIG. 3 indicate the direction of polarization.
上記のように構成されたセラミックス円環板２に交流の
駆動電圧を印加すると、セラミックス円環板２が半径方
向に歪み、その平面重心が中心点の周囲を回転運動する
。したがって、たとえば、かかる圧電セラミックスを電
歪公転子型の超音波モータに用いると、圧電セラミック
スの平面重心が中心点の回りを回転運動するので、圧電
セラミックスの外周側面に外接されたリング状のロータ
部が回転する。When an alternating current driving voltage is applied to the ceramic annular plate 2 configured as described above, the ceramic annular plate 2 is distorted in the radial direction, and its planar center of gravity rotates around the center point. Therefore, for example, when such piezoelectric ceramics are used in an electrostrictive rotor-type ultrasonic motor, the planar center of gravity of the piezoelectric ceramics rotates around the center point, so that a ring-shaped rotor circumscribed on the outer peripheral side of the piezoelectric ceramics rotates. The part rotates.
本発明者等は、幅が１００μｍ、５００μｍ。In the present inventors, the width is 100 μm and 500 μm.
１０００、ｕｍ、、１５００．ｕｍ、２０００．ｃａｍ
の各マスキングテープを用いて電極間の隙間６の値Ｘが
異なる圧電セラミックスのサンプルを作成し、これらの
サンプルの誘電特性と振動モードを測定した。その測定
結果を第１表に示す。1000, um, 1500. um, 2000. cam
Using each of the masking tapes, piezoelectric ceramic samples with different values of the gap 6 between the electrodes, X, were created, and the dielectric properties and vibration modes of these samples were measured. The measurement results are shown in Table 1.
尚、第１表において、Ｙ ｓａ １１はアドミッタンス
の大きさの最大値であり、素子の最大変位量の目安とな
るものである。ｒ２は共振周波数、Ｑは共振のＱ値であ
る。Ｋｐは電気機械結合係数であり、圧電セラミックス
に電池を繋いだとき、機械的に貯えられた弾性エネルギ
ーの、電池から与えられた電気的エネルギーに対する比
の平方根である。In Table 1, Y sa 11 is the maximum value of the admittance, and serves as a guideline for the maximum displacement amount of the element. r2 is the resonance frequency, and Q is the resonance Q value. Kp is the electromechanical coupling coefficient, which is the square root of the ratio of the elastic energy mechanically stored to the electrical energy given by the battery when the battery is connected to the piezoelectric ceramic.
アドミッタンス軌跡とはアドミッタンスの複素平面上に
おける軌跡のことである。また、振動モードの測定にお
いては圧電セラミックスの外周上に外径５ｍｍのロータ
部を１００ｇ重の力で接触させて圧電セラミックスとロ
ータ部との接触位置を変えながら圧電セラミックス全体
の振動モードを測定した。The admittance locus is the locus of admittance on the complex plane. In addition, to measure the vibration mode, a rotor portion with an outer diameter of 5 mm was brought into contact with the outer periphery of the piezoelectric ceramic with a force of 100 g, and the vibration mode of the entire piezoelectric ceramic was measured while changing the contact position between the piezoelectric ceramic and the rotor portion. .
第１表かられかるように、圧電セラミックスの電極間の
隙間を小さくするほど、Ｙ、、８、Ｑ（ｉｌ！及びＫ１
１ｌは大きくなる。また、電極間の隙間を小さくするほ
ど振動モードの回転数が大きくなるという同表の測定結
果は、Ｙ、、８が大きくなることからも予測されること
である。さらに、Ｑ値が太きくなることから圧電セラミ
ックスに貯えておくことができるエネルギーを多くでき
、Ｋｐが大きくなることから圧電セラミックスのエネル
ギーの変換効率の向上を図ることができる。たとえば、
電極間の隙間が１０００μｍの圧電セラミックスにおい
ては、電極間の隙間が２０００μｍの従来の圧電セラミ
ックスに比べて、Ｙ、、８を約１．７倍、Ｑ値を約１．
９倍、Ｋｐを１．２倍、振動モードの回転数を約２．０
倍も大きくすることができる。As can be seen from Table 1, the smaller the gap between the piezoelectric ceramic electrodes, the more
1l becomes larger. Furthermore, the measurement result shown in the same table that the smaller the gap between the electrodes is, the higher the rotational speed in the vibration mode is can be predicted from the fact that Y, . . . 8 becomes larger. Furthermore, since the Q value increases, more energy can be stored in the piezoelectric ceramic, and since the Kp increases, the energy conversion efficiency of the piezoelectric ceramic can be improved. for example,
In piezoelectric ceramics with a gap between electrodes of 1000 μm, Y, 8 is about 1.7 times larger, and Q value is about 1.7 times higher than in conventional piezoelectric ceramics with a gap between electrodes of 2000 μm.
9 times, Kp 1.2 times, vibration mode rotation speed approximately 2.0
It can be made twice as large.
したがって、電極間の隙間を１０００μｍ以下になるよ
うに形成することにより、高い特性を有する圧電セラミ
ックスを得ることができる。さらには、このような電極
間の隙間の小さい圧電セラミックスを用いて電歪公転子
型の超音波モータを構成すると、従来のものよりも高性
能のモータを得ることができる。Therefore, piezoelectric ceramics having high characteristics can be obtained by forming the gap between the electrodes to be 1000 μm or less. Furthermore, if an electrostrictive rotor-type ultrasonic motor is constructed using piezoelectric ceramics with such a small gap between electrodes, a motor with higher performance than conventional motors can be obtained.
尚、圧電セラミックスの電極間の隙間は小さいほど好ま
しいが、実際には、製造上の技術的な問題もあり、約１
００μｍ程度が限界である。Although it is preferable that the gap between the electrodes of piezoelectric ceramics be as small as possible, in reality, there are technical problems in manufacturing, and the gap between the electrodes is approximately 1
The limit is approximately 00 μm.
また、上記の実施例においては、圧電セラミックスの電
極を２等分割した場合について説明したが、本発明はこ
れに限定されるものではなく、圧電セラミックスの電極
は３個以上に分割してもよい。Furthermore, in the above embodiment, a case was explained in which the piezoelectric ceramic electrode was divided into two equal parts, but the present invention is not limited to this, and the piezoelectric ceramic electrode may be divided into three or more parts. .
更に、上記の実施例においては、ｔ８ｊは銀の微粉末を
ガラス粉末などで堅く焼き付けることにより形成したが
、電極はニッケル又は銅鍍金の上に金鍍金を施すことに
より形成してもよい。Further, in the above embodiment, t8j was formed by hardening fine silver powder with glass powder, etc., but the electrode may be formed by gold plating on nickel or copper plating.
以上説明したように本発明によれば、電極間のの隙間を
１００μｍ〜１０００μｍとなるように形成したことに
より、圧電体薄板を効率よく振動させ、従来のものより
も高い特性を有する圧電体素子を提供することができ、
また本発明に係る圧電体素子を超音波モータ等に用いる
ことにより、それらの特性の向上を図ることができる。As explained above, according to the present invention, by forming the gap between the electrodes to be 100 μm to 1000 μm, the piezoelectric thin plate can be efficiently vibrated, and the piezoelectric element has higher characteristics than conventional ones. can provide,
Further, by using the piezoelectric element according to the present invention in ultrasonic motors and the like, the characteristics thereof can be improved.
【図面の簡単な説明】
第１図は圧電セラミックスの概略平面図、第２図はその
圧電セラミックスの概略側面図、第３図はその圧電セラ
ミックスの分極処理の説明図である。
２・・・セラミックス円環板、４・、・電極、６、・、
電極間の陳間。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic plan view of a piezoelectric ceramic, FIG. 2 is a schematic side view of the piezoelectric ceramic, and FIG. 3 is an explanatory diagram of polarization treatment of the piezoelectric ceramic. 2... Ceramic annular plate, 4... Electrode, 6...
The gap between the electrodes.
Claims (1)
用の電極とからなり、前記電極を複数個に分割した圧電
体素子において、前記分割した電極間の隙間が１００μ
ｍ〜１０００μｍとなるように形成したことを特徴とす
る圧電体素子。In a piezoelectric element consisting of a piezoelectric thin plate and an excitation electrode formed on the surface of the piezoelectric thin plate, and in which the electrode is divided into a plurality of pieces, the gap between the divided electrodes is 100 μm.
A piezoelectric element characterized in that it is formed to have a thickness of m to 1000 μm.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2300432A JPH04171875A (en) | 1990-11-05 | 1990-11-05 | Piezoelectric body element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2300432A JPH04171875A (en) | 1990-11-05 | 1990-11-05 | Piezoelectric body element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04171875A true JPH04171875A (en) | 1992-06-19 |
Family
ID=17884737
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2300432A Pending JPH04171875A (en) | 1990-11-05 | 1990-11-05 | Piezoelectric body element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04171875A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009057535A1 (en) * | 2007-10-30 | 2009-05-07 | Ngk Insulators, Ltd. | Method for inspecting electromechanical characteristic of electromechanical conversion element |
-
1990
- 1990-11-05 JP JP2300432A patent/JPH04171875A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009057535A1 (en) * | 2007-10-30 | 2009-05-07 | Ngk Insulators, Ltd. | Method for inspecting electromechanical characteristic of electromechanical conversion element |
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